采空區(qū)分布式光纖測溫安全監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用

摘 要：針對采空區(qū)分布式光纖測溫安全監(jiān)測系統(tǒng)將光纖傳感器應(yīng)用于煤礦安全監(jiān)測，特別是煤礦采空區(qū)遺煤易發(fā)火區(qū)域環(huán)境的監(jiān)測，將對采空區(qū)自然發(fā)火的預(yù)測預(yù)報起到重要作用。掌握自然發(fā)火預(yù)警規(guī)律提供有效的技術(shù)手段，對煤礦采空區(qū)災(zāi)害監(jiān)測和控制有著重大意義。

關(guān)鍵詞：采空區(qū)；光纖測溫；發(fā)火；預(yù)警

礦井火災(zāi)是煤礦生產(chǎn)中的主要災(zāi)害之一，我國礦井每年都會有因工作面發(fā)生火災(zāi)而導(dǎo)致采面封閉，這不僅使大量裝備被封閉其中，而且還造成了大量煤炭損失，為國家為礦井帶來了巨大的經(jīng)濟損失和重大安全事故隱患。

目前，對采空區(qū)防滅火監(jiān)測的方法現(xiàn)主要采用束管分析化驗法，但該方法在井下現(xiàn)場應(yīng)用中，經(jīng)常受到管路漏氣、埋設(shè)束管被堵或監(jiān)測范圍局部性的限制，從而達不到對采空區(qū)大范圍的監(jiān)測需求。為充分彌補束管分析化驗方法預(yù)警的不足，既減小了由于束管長距離傳輸所帶來的氣體分析誤差，又提高了實時性?？梢约皶r準(zhǔn)確的對采空區(qū)隱患進行預(yù)警，及時發(fā)現(xiàn)采空區(qū)發(fā)火隱患，提高井下作業(yè)的安全性，現(xiàn)采用分布式光纖測溫系統(tǒng)來對采空區(qū)進行監(jiān)測。

1分布式光纖測溫系統(tǒng)

1.1系統(tǒng)的工作原理

利用先進的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、光纖傳感測控技術(shù)、光纖通訊技術(shù)，通過礦井分布式光纖測溫系統(tǒng)實時在線監(jiān)測采空區(qū)及回風(fēng)巷（以下統(tǒng)稱“采空區(qū)”）溫度。分布式光纖測溫安全監(jiān)測系統(tǒng)獲取空間溫度分布信息的原理是利用光在光纖中傳輸能夠產(chǎn)生后向散射，在光纖中注入一定能量和寬度的激光脈沖，它在光纖中傳輸?shù)耐瑫r不斷產(chǎn)生后向散射光波，這些后向散射光波的狀態(tài)受到所在光纖散射點的溫度影響而有所改變，將散射回來的光波經(jīng)波分復(fù)用，檢測解調(diào)后，送入信號處理系統(tǒng)便可將溫度信號實時顯示出來，并且由光纖中光波的傳輸速度和背向光回波的時間對這些信息定位。

1.2系統(tǒng)軟件構(gòu)成

系統(tǒng)由以下幾個主要部分構(gòu)成：服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，客戶端數(shù)據(jù)庫，客戶端監(jiān)控管理軟件。

服務(wù)器數(shù)據(jù)庫用于發(fā)布客戶端所需的所有信息，并存儲客戶端上傳的數(shù)據(jù)，服務(wù)器數(shù)據(jù)庫還運行一些后臺任務(wù)如SQL Server代理，觸發(fā)器等。

客戶端數(shù)據(jù)庫從服務(wù)器數(shù)據(jù)庫訂閱所需數(shù)據(jù)，并將通過記錄等數(shù)據(jù)定期上傳至服務(wù)器。

服務(wù)器與客戶端數(shù)據(jù)庫之間通過SQL Server 的數(shù)據(jù)同步機制實現(xiàn)同步，通過該機制，服務(wù)器能夠?qū)⒚總€客戶端區(qū)分開來，只向其發(fā)送對應(yīng)的數(shù)據(jù)，使用戶數(shù)據(jù)更安全，也減小服務(wù)器、客戶端雙方的處理壓力。

2技術(shù)創(chuàng)新點

2.1技術(shù)創(chuàng)新點

煤礦采空區(qū)分布式溫度監(jiān)測系統(tǒng)采用長距離礦用鎧裝光纜作為溫度傳感器，與傳統(tǒng)的溫度傳感器相比具有本質(zhì)安全，耐腐蝕，不受電磁干擾等優(yōu)點，光纜沿走向敷設(shè)于井下巷道、工作面及采空區(qū)內(nèi)，也可直接埋設(shè)于火災(zāi)隱患的高溫區(qū)域，連續(xù)監(jiān)測長距離大范圍的環(huán)境溫度信息，為煤礦井下溫度監(jiān)測等應(yīng)用提供優(yōu)質(zhì)的溫度監(jiān)測方案。該系統(tǒng)的穩(wěn)步分布可以用于確定發(fā)火點的位置，避免了由于束管漏氣造成的誤差，對指導(dǎo)防治火災(zāi)和保證工作人員安全具有重要意義，可為深入研究煤礦采空區(qū)發(fā)火機理和掌握自然發(fā)火預(yù)警規(guī)律提供有效的技術(shù)手段，對煤礦采空區(qū)災(zāi)害監(jiān)測和控制有著重大意義。

光纖采空區(qū)分布式溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)則采用不帶電的感溫光纜作為傳感器，能夠真實有效的檢測整個采空區(qū)內(nèi)部的溫度分布，而采空區(qū)的有害氣體釋放及自然發(fā)火等情況均與溫度有直接的關(guān)系，所以對采空區(qū)進行溫度的監(jiān)測更具有直觀性；本系統(tǒng)通過連續(xù)的監(jiān)測，可以監(jiān)視采空區(qū)從起火、自燃到滅火的整個過程，且可以觀察記錄起火的位置、范圍大小等數(shù)據(jù)，對采空區(qū)自然發(fā)火的研究有重要意義；感溫光纜可以在回采工作面的回撤過程中連續(xù)監(jiān)測之前已經(jīng)采完塌落的采空區(qū)內(nèi)部的情況，而不需要等整個工作面采完后再對采空區(qū)進行監(jiān)測。這些優(yōu)點都是束管系統(tǒng)無法比擬和取代的。

2.2技術(shù)特點

1）、數(shù)據(jù)能實時采集顯示，感溫光纜可在60s內(nèi)檢測到溫度變化。

2）、可監(jiān)測最多8km長度的采空區(qū)內(nèi)部溫度情況，監(jiān)測全面性廣。

3）、采空區(qū)發(fā)火點精準(zhǔn)定位，誤差小，顯示直觀，反應(yīng)迅速。

4）、光纖具有耐高溫（能承受超過400℃高溫）、抗腐蝕、阻水和長壽命的特質(zhì)，可在回采過程中連續(xù)使用。

5）、可對特殊鉆孔實施在線連續(xù)監(jiān)測。

3工作面應(yīng)用及效果檢驗

3.1工作面概況

盆底區(qū)北翼18層三分段底板層綜放面，走向長680m，傾斜長143m，煤層平均傾角12°，平均煤厚12m，煤炭儲量155.2萬噸，原始瓦斯儲量827萬m3，剩余瓦斯儲量348萬m3，瓦斯壓力0.2MPa，煤層自燃發(fā)火期3-6個月，瓦斯絕對涌出量6.36m3/min，相對瓦斯涌出量2.29m3/t，煤塵爆炸指數(shù)53%。

鄰區(qū)對照：

本區(qū)上區(qū)段為盆底區(qū)北翼18層二分段底板層綜放面采空區(qū)；本區(qū)上區(qū)段初期回風(fēng)道上部為北五外區(qū)18-2層三分段底板層綜放面采空區(qū)。

鄰層對照：

本區(qū)上覆，工作面開采初期上部為北五外區(qū)15層底板層綜放面采空區(qū)和北五外區(qū)15-2層四分段下塊底板層綜放面采空區(qū)；北五外區(qū)15-2層四分段下塊底板層綜放面采空區(qū)。工作面開采中期上部為盆底區(qū)北翼15層三分段底板層綜放面采空區(qū)；工作面開采后期上部為盆底區(qū)南翼15層一分段底板層綜放面采空區(qū)。

本區(qū)上區(qū)段上覆為盆底區(qū)北翼15層二分段底板層綜放面采空區(qū)；本區(qū)下區(qū)段上覆依次分別為：盆底區(qū)南翼15-3層一分段底板層綜放面采空區(qū)、盆底區(qū)南翼15-3層二分段底板層綜放面采空區(qū)。

因15#煤層在本區(qū)下區(qū)段分兩層，所以本區(qū)下區(qū)段上覆另有盆底區(qū)南翼15層二分段底板層綜放面采空區(qū)和盆底區(qū)南翼15層三分段底板層綜放面采空區(qū)。

3.2效果檢驗

該面在回采時，因受周邊采空區(qū)及沖擊地壓等藕合因素影響，導(dǎo)致回采速度緩慢，回采跨度長達2年之久。為防止該面產(chǎn)生發(fā)火隱患而順利回采，采用分布式光纖測溫系統(tǒng)對采空區(qū)進行溫度監(jiān)控，并己成功應(yīng)用。

隨著工作面的回采，利用KJ558測溫系統(tǒng)監(jiān)測對采空區(qū)溫度進行定時監(jiān)測，期間測點位置1570M處（工作面推近35米采空區(qū)內(nèi)）溫度最大值50.2℃，出現(xiàn)高溫隱患趨勢，說明采空區(qū)內(nèi)部出現(xiàn)了氧化。為防止高溫產(chǎn)生的復(fù)發(fā)影響，消火隊立即利用消火道內(nèi)鉆孔對高溫范圍注靜壓水降溫。期間通過連續(xù)處理，消除了高溫氧化而產(chǎn)生的發(fā)火隱患。

4結(jié)論

煤礦煤炭自燃是我國煤礦開采過程中的主要自然災(zāi)害之一，目前煤礦針對采空區(qū)內(nèi)自然發(fā)火傾向的預(yù)測主要是通過束管系統(tǒng)抽取樣氣到地面，對標(biāo)志氣體進行分析預(yù)警；該手段欠缺實時性和直觀性，束管易損傷漏氣導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確。采空區(qū)分布式光纖測溫安全監(jiān)測系統(tǒng)將光纖傳感器應(yīng)用于煤礦安全監(jiān)測，特別是煤礦采空區(qū)遺煤易發(fā)火區(qū)域環(huán)境的監(jiān)測，將對采空區(qū)自然發(fā)火的預(yù)測預(yù)報起到重要作用。掌握自然發(fā)火預(yù)警規(guī)律提供有效的技術(shù)手段，對煤礦采空區(qū)災(zāi)害監(jiān)測和控制有著重大意義。

參考文獻：

[1]韓遠(yuǎn)紅，朱翔宇，分布式光纖測溫系統(tǒng)在煤礦火災(zāi)預(yù)警中的應(yīng)用[J]太原科技，2007，165（10）：91-92；

[2]梁運濤，羅海珠，中國煤礦火災(zāi)防治技術(shù)現(xiàn)狀與趨勢[J].煤炭學(xué)報，2008（2）：126-130；

[3]于慶，分布式光纖測溫技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用[J].工礦自動化，2012（4）：5-8；

作者簡介：

張金超，男，漢族，1989年出生，畢業(yè)于黑龍江科技術(shù)學(xué)院安全工程專業(yè)，本科，現(xiàn)就職南山煤礦通風(fēng)區(qū)，從事于通風(fēng)與安全管理工作。